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JP5929521B2 - Motor control device and electric power steering device using the same - Google Patents

Motor control device and electric power steering device using the same Download PDF

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JP5929521B2
JP5929521B2 JP2012124104A JP2012124104A JP5929521B2 JP 5929521 B2 JP5929521 B2 JP 5929521B2 JP 2012124104 A JP2012124104 A JP 2012124104A JP 2012124104 A JP2012124104 A JP 2012124104A JP 5929521 B2 JP5929521 B2 JP 5929521B2
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Description

本発明は、制御演算によりモータの電流を制御するための各相Duty指令値を算出し、各相Duty指令値に応じたPWM(パルス幅変調)信号を形成し、PWM制御によるインバータからモータに指令電流(電圧)を与えて駆動するモータ制御装置に関すると共に、そのモータ制御装置を用いて、車両の操舵系にモータによるアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関する。特に、インバータの電源入力側又は電源出力側(接地側)に単一の電流検出回路(1シャント式電流検出回路)を配設してPWM制御すると共に、各相PWM信号をキャリア周期に対応させてシフトして固定し、1相又は2相同時にPWM信号がONとなる電流検出タイミングをキャリア周期の固定位置に発生させ、その電流検出タイミングでモータ電流を検出して処理することでコンパクト化、軽量化及びコストダウンを図ったモータ制御装置及びそれを用いた電動パワーステアリング装置に関する。   The present invention calculates each phase duty command value for controlling the motor current by control calculation, forms a PWM (pulse width modulation) signal corresponding to each phase duty command value, and outputs the PWM signal from the inverter to the motor. The present invention relates to a motor control device that is driven by applying a command current (voltage), and also relates to an electric power steering device that uses the motor control device to apply assist force by a motor to a steering system of a vehicle. In particular, a single current detection circuit (one shunt type current detection circuit) is arranged on the power input side or power output side (ground side) of the inverter for PWM control, and each phase PWM signal is made to correspond to the carrier cycle. Shifting and fixing, generating a current detection timing at which the PWM signal is turned ON simultaneously at one phase or two phases at a fixed position of the carrier cycle, and detecting and processing the motor current at the current detection timing, thereby reducing the size. The present invention relates to a motor control device that is reduced in weight and costs and an electric power steering device that uses the motor control device.

車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力(アシスト力)を付与する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置(EPS)は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値(電流指令値)とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM制御のDutyの調整で行っている。   An electric power steering device that applies a steering assist force (assist force) to a steering mechanism of a vehicle by a rotational force of a motor, a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reducer. A steering assist force is applied to the vehicle. Such a conventional electric power steering device (EPS) performs feedback control of the motor current in order to accurately generate the torque of the steering assist force. In feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value is small. In general, the adjustment of the motor applied voltage is performed by duty control of PWM control. It is done by adjusting.

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、操向ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト)2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、操向ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10が設けられており、操向ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット(ECU)100には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット100は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTrと車速センサ12で検出された車速Velとに基づいてアシスト(操舵補助)指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御値Eによってモータ20に供給する電流を制御する。なお、車速VelはCAN(Controller Area Network)等から受信することも可能である。   A general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. Then, it is further connected to the steering wheels 8L, 8R via the hub units 7a, 7b. Further, the column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 for detecting the steering torque of the steering handle 1, and a motor 20 for assisting the steering force of the steering handle 1 is applied to the column shaft 2 via the reduction gear 3. It is connected. The control unit (ECU) 100 that controls the electric power steering apparatus is supplied with electric power from the battery 13 and also receives an ignition key signal via the ignition key 11. The control unit 100 calculates a current command value of an assist (steering assistance) command based on the steering torque Tr detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vel detected by the vehicle speed sensor 12, and compensates the current command value. The current supplied to the motor 20 is controlled by the voltage control value E subjected to. The vehicle speed Vel can also be received from a CAN (Controller Area Network) or the like.

コントロールユニット100は主としてCPU(又はMPUやMCU)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、図2のようになっている。   The control unit 100 is mainly composed of a CPU (or MPU or MCU). FIG. 2 shows general functions executed by programs in the CPU.

図2を参照してコントロールユニット100の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTr及び車速センサ12からの車速Velは操舵補助指令値演算部101に入力され、アシストマップを用いて操舵補助指令値Irefが演算される。演算された操舵補助指令値Irefは過熱保護条件等に基づいて最大出力制限部102で出力を制限され、最大出力を制限された電流指令値Iは減算部103に入力される。   The function and operation of the control unit 100 will be described with reference to FIG. 2. The steering torque Tr detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vel from the vehicle speed sensor 12 are input to the steering assist command value calculation unit 101, and an assist map is displayed. The steering assist command value Iref is calculated using this. The calculated steering assist command value Iref is limited in output by the maximum output limiter 102 based on overheat protection conditions and the like, and the current command value I whose maximum output is limited is input to the subtractor 103.

減算部103は、電流指令値Iとフィードバックされているモータ20のモータ電流Imとの偏差Iref4(=I−Im)を求め、偏差Iref4はPI(比例・積分)等の電流制御部104で制御され、制御された電圧制御値EはPWM制御部105に入力されてDuty指令値を演算され、Duty指令値を演算されたPWM信号PSによってインバータ106を介してモータ20を駆動する。モータ20のモータ電流Imはインバータ106内の電流検出回路120で検出され、モータ電流Imが減算部103に入力されてフィードバックされる。モータ20をd−q軸でベクトル制御する場合には、回転センサとしてレゾルバ21が連結されると共に、回転角度θから角速度ωを演算する角速度演算部22が設けられている。 The subtraction unit 103 obtains a deviation Iref4 (= I−Im) between the current command value I and the motor current Im of the motor 20 that is fed back, and the deviation Iref4 is controlled by a current control unit 104 such as PI (proportional / integral). The controlled voltage control value E is input to the PWM control unit 105 to calculate the duty command value, and the motor 20 is driven via the inverter 106 by the PWM signal PS calculated from the duty command value. The motor current Im of the motor 20 is detected by the current detection circuit 120 in the inverter 106, and the motor current Im is input to the subtraction unit 103 and fed back. When the motor 20 is vector-controlled by the dq axes, a resolver 21 is connected as a rotation sensor, and an angular velocity calculation unit 22 that calculates an angular velocity ω from the rotation angle θ is provided.

電圧制御値Eでモータ電流Imを制御し、モータ20を駆動するインバータ106には、半導体スイッチング素子(FET)とモータ20とをブリッジ接続したブリッジ回路を使用し、電圧制御値Eに基づいて決定されたPWM信号のDuty指令値により半導体スイッチング素子をON/OFF制御してモータ電流Imを制御する。 The inverter 106 that controls the motor current Im with the voltage control value E and drives the motor 20 uses a bridge circuit in which a semiconductor switching element (FET) and the motor 20 are bridge-connected, and is determined based on the voltage control value E. The semiconductor switching element is ON / OFF controlled by the duty command value of the PWM signal thus controlled to control the motor current Im.

モータ20が3相(U,V,W)ブラシレスDCモータの場合、PWM制御部105及びインバータ106の詳細は例えば図3に示すような構成となっている。即ち、PWM制御部105は、各相キャリア信号を入力すると共に、電圧制御値Eを所定式に従って3相(U,V,W)分のPWM-Duty指令値D1〜D6を演算するDuty演算部105Aと、PWM-Duty指令値D1〜D6でFET1〜FET6の各ゲートを駆動してON/OFFするゲート駆動部105Bとで構成されており、インバータ106は、U相の上段FET1及び下段FET4で成る上下アームと、V相の上段FET2及び下段FET5で成る上下アームと、W相の上段FET3及び下段FET6で成る上下アームとで成る3相ブリッジで構成されており、PWM-Duty指令値D1〜D6でON/OFFされることによってモータ20を駆動する。また、インバータ106には、電源リレー14を経てバッテリ13から電力が供給されている。   When the motor 20 is a three-phase (U, V, W) brushless DC motor, details of the PWM control unit 105 and the inverter 106 are configured as shown in FIG. 3, for example. That is, the PWM control unit 105 inputs each phase carrier signal and calculates a voltage control value E for PWM-Duty command values D1 to D6 for three phases (U, V, W) according to a predetermined formula. 105A and a gate drive unit 105B that drives each gate of FET1 to FET6 with PWM-Duty command values D1 to D6 to turn on / off, and an inverter 106 includes an upper stage FET1 and a lower stage FET4 of the U phase. The upper and lower arms are composed of a three-phase bridge composed of an upper and lower arm composed of an upper FET 2 and a lower FET 5 of V phase, and an upper and lower arm composed of an upper FET 3 and a lower FET 6 of W phase, and PWM-Duty command values D1 to D1 The motor 20 is driven by being turned ON / OFF at D6. In addition, power is supplied to the inverter 106 from the battery 13 via the power relay 14.

このような構成において、インバータ106の駆動電流ないしはモータ20のモータ電流を計測する必要があるが、コントロールユニット100のコンパクト化、軽量化、コストダウンの要求項目の1つとして、電流検出回路120の単一化がある。電流検出回路の単一化として1シャント式電流検出回路が知られており、1シャント式の電流検出回路120の構成は例えば図4に示すようになっている(例えば特開2009−131064号公報)。即ち、FETブリッジの底部アームと接地(GND)との間に1つのシャント抵抗R1が接続されており、FETブリッジに電流が流れたときのシャント抵抗R1による降下電圧を演算増幅器(差動増幅回路)121及び抵抗R2〜R4で電流値Imaに換算し、更に抵抗R6及びコンデンサC1で成るフィルタを経てA/D変換部122で所定のタイミングにA/D変換し、ディジタル値の電流値Imを出力するようになっている。なお、演算増幅器121の正端子入力には、抵抗R5を経て基準電圧となる2.5Vが接続されている。   In such a configuration, it is necessary to measure the drive current of the inverter 106 or the motor current of the motor 20, but as one of the required items for the compactness, weight reduction, and cost reduction of the control unit 100, the current detection circuit 120 There is unification. A single shunt type current detection circuit is known as the unification of current detection circuits, and the configuration of the single shunt type current detection circuit 120 is as shown in FIG. 4 (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-131064). ). That is, one shunt resistor R1 is connected between the bottom arm of the FET bridge and the ground (GND), and a voltage drop caused by the shunt resistor R1 when a current flows through the FET bridge is an operational amplifier (differential amplifier circuit). ) 121 and resistors R2 to R4 are converted into a current value Ima, and further A / D converted at a predetermined timing by an A / D converter 122 through a filter composed of a resistor R6 and a capacitor C1, and a digital current value Im is obtained. It is designed to output. In addition, 2.5V which becomes a reference voltage is connected to the positive terminal input of the operational amplifier 121 through the resistor R5.

図5はバッテリ13、インバータ106、電流検出回路120及びモータ20の結線図を示すと共に、U相の上段FET1がON(下段FET4はOFF)、V相の上段FET2がOFF(下段FET5はON)、W相の上段FET3がOFF(下段FET6はON)の状態時の電流経路(破線)を示している。また、図6は、U相の上段FET1がON(下段FET4はOFF)、V相の上段FET2がON(下段FET5はOFF)、W相の上段FET3がOFF(下段FET6はON)の状態時の電流経路(破線)を示している。これら図5及び図6の電流経路から分かるように、上段FETがONしている相の合計値が電流検出回路120に検出電流として現れる。即ち、図5ではU相電流を検出することができ、図6ではU相及びV相電流を検出することができる。これは、電流検出回路120がインバータ106の上段アームと電源(バッテリ13)との間に接続されている場合も同様である。なお、図5及び図6では、レゾルバ21の連結及び電源リレー14を省略している。   5 shows a connection diagram of the battery 13, the inverter 106, the current detection circuit 120, and the motor 20, and the U-phase upper FET 1 is ON (lower FET 4 is OFF), and the V-phase upper FET 2 is OFF (lower FET 5 is ON). , A current path (broken line) in a state where the upper stage FET 3 of the W phase is OFF (the lower stage FET 6 is ON). Further, FIG. 6 shows a state where the upper FET 1 of the U phase is ON (lower FET 4 is OFF), the upper FET 2 of the V phase is ON (lower FET 5 is OFF), and the upper FET 3 of the W phase is OFF (lower FET 6 is ON). Current paths (broken lines) are shown. As can be seen from the current paths in FIGS. 5 and 6, the total value of the phases in which the upper stage FETs are ON appears in the current detection circuit 120 as a detection current. That is, the U-phase current can be detected in FIG. 5, and the U-phase and V-phase currents can be detected in FIG. The same applies to the case where the current detection circuit 120 is connected between the upper arm of the inverter 106 and the power source (battery 13). 5 and 6, the connection of the resolver 21 and the power relay 14 are omitted.

以上のことより、1相ON状態のとき、及び2相ON状態のときに電流検出回路120で電流を検出し、3相の電流和が0である特性を利用すると、3相の各相電流の検出が可能となる。図5の場合にはU相の電流Iを検出することになり、図6の場合にはU相の電流IとV相の電流Iの合計値が電流検出器120で検出されるが、3相の場合にはI+I+I=0の関係がるので、W相の電流IがI=−(I+I)として検出されることになる。 As described above, when the current is detected by the current detection circuit 120 in the one-phase ON state and in the two-phase ON state and the characteristic that the three-phase current sum is 0 is used, each phase current of the three phases Can be detected. In the case of FIG. 5, the U-phase current I U is detected, and in the case of FIG. 6, the total value of the U-phase current I U and the V-phase current IV is detected by the current detector 120. However, in the case of three phases, there is a relationship of I U + I V + I W = 0, so that the W phase current I W is detected as I W = − (I U + I V ).

しかしながら、図4に示すような単一の電流検出回路120で構成されたインバータ106では、各FETのON直後に電流検出回路120に電流が流れることにより発生するリギングノイズ等のノイズ成分の影響を除去して、正確な電流を検出する必要がある。また、1つの相と他の相との間で、FETがON/OFFするタイミングの間隔が非常に短くなる場合には、電流検出に必要な電流がFETに流れないことや、デッドタイム(不感帯)の存在、さらには回路の応答遅延等に起因して、正確な電流測定ができなくなる。電流検出回路にA/D変換部を使用する場合、A/D変換動作が正常に行われるためには、同じ大きさの信号が一定期間(例えば2μs以上)連続して入力されなければならない。安定した信号が連続して入力されないと、A/D変換部は正確な電流値を検出することができないためである。   However, in the inverter 106 composed of a single current detection circuit 120 as shown in FIG. 4, the influence of noise components such as rigging noise generated by the current flowing through the current detection circuit 120 immediately after each FET is turned on. It is necessary to remove and detect an accurate current. In addition, when the interval between the timings when the FET is turned ON / OFF between one phase and the other phase becomes very short, the current required for current detection does not flow through the FET, or the dead time (dead zone) ) And the delay in the response of the circuit, the current cannot be measured accurately. When the A / D conversion unit is used in the current detection circuit, in order for the A / D conversion operation to be performed normally, signals of the same magnitude must be continuously input for a certain period (for example, 2 μs or more). This is because the A / D converter cannot detect an accurate current value unless a stable signal is continuously input.

そのため、1相ONの状態及び2相ONの状態を、電流検出に必要な時間だけ継続する必要がある。しかしながら、各相Duty指令値が近似している場合は、その時間を確保することができない問題がある。   Therefore, it is necessary to continue the one-phase ON state and the two-phase ON state for a time required for current detection. However, when each phase Duty command value is approximate, there is a problem that the time cannot be secured.

かかる問題を解決するものとして、特表2005−531270号公報(特許文献1)に開示されたモータ駆動装置及び特開2003−189670号公報(特許文献2)に開示された電動機駆動装置が提案されている。特許文献1の装置では、電流検出必要時間だけ1相ON状態及び2相ON状態となるようなPWMパターン(PWM信号)を各相Duty指令値の大小関係と空間ベクトル手法により決定し、決定したPWMパターンを出力するようにしている。また、特許文献2の装置では、1相ON状態及び2相ON状態となる時間を、電流検出必要時間分だけ確保できるようにDuty指令値を補正し、次キャリア周期で補正による増減分を調整し、平均値が元のDuty指令値と同値となるようにしている。   As a solution to such a problem, a motor driving device disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 2005-53270 (Patent Document 1) and an electric motor driving device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-189670 (Patent Document 2) have been proposed. ing. In the device of Patent Document 1, a PWM pattern (PWM signal) that is in a 1-phase ON state and a 2-phase ON state only for the time required for current detection is determined by a magnitude relationship between each phase duty command value and a space vector method. A PWM pattern is output. Further, in the device of Patent Document 2, the duty command value is corrected so that the time required for the one-phase ON state and the two-phase ON state can be secured for the time required for current detection, and the increase / decrease by the correction is adjusted in the next carrier cycle. The average value is the same as the original duty command value.

特表2005−531270号公報JP-T-2005-53270 特開2003−189670号公報JP 2003-189670 A 特開2010−279141号公報JP 2010-279141 A

しかしながら、特許文献1に開示された装置では、空間ベクトル手法によるPWMパターンを実際に出力するには、PWM周期の任意の位置でPWM信号のON/OFFを設定できる空間ベクトル対応のCPUを用いる必要があり、キャリア信号を用いた一般的なPWMタイマーを用いることができず、更に電流検出タイミングを可変とする必要があるため、電流検出が容易ではないという問題がある。また、特許文献2に開示された装置では、Duty指令値を変更し、変更した分は次キャリア周期で補正するようになっているため、2PWM周期内でのDuty変更によりモータ電流が振動を起こし、結果的にトルクリップル性能や作動音性能の悪化を招く可能性が高く、しかも電流検出タイミングが可変でなくてはならず、電流検出が容易ではないという問題がある。   However, in the apparatus disclosed in Patent Document 1, in order to actually output a PWM pattern by the space vector method, it is necessary to use a CPU corresponding to a space vector that can set ON / OFF of a PWM signal at an arbitrary position in the PWM cycle. There is a problem that a general PWM timer using a carrier signal cannot be used, and the current detection timing needs to be variable, so that current detection is not easy. Further, in the apparatus disclosed in Patent Document 2, the duty command value is changed, and the changed amount is corrected in the next carrier cycle. Therefore, the motor current vibrates due to the duty change within 2 PWM cycles. As a result, there is a high possibility that the torque ripple performance and the operating sound performance will be deteriorated, the current detection timing must be variable, and the current detection is not easy.

更に、特開2010−279141号公報(特許文献3)に開示された電動機制御装置では、最大Duty、中間Duty及び最小Dutyの判定を行い、シフトされたキャリア周期に対して逐次並び替えを行う手法を用いている。そのため、実際には最大Duty、中間Duty及び最小Dutyの判定、シフトされたキャリア周期への割り当てまでの過程で演算処理が意外に多い。具体的には、最大Duty、中間Duty及び最小Dutyの判定後のDutyを、シフトされたキャリア周期へ直接反映すると、各相に対しての出力タイミング及びDutyの急変(極端な配置転換)が発生してしまうため、電流のハンチング現象が発生してしまい、円滑なモータ電流制御を行うことができない。このため、特許文献3に記載の装置では、最大Duty、中間Duty及び最小Dutyの判定後のDutyを、シフトされたキャリア周期へ反映するまでの間に、Duty設定の急変をなくすべく、目的のDutyへ徐々に変化させることになるので、高速かつ緻密な演算が繰り返し行われ、CPUの処理能力を大量に消費してしまうという問題がある。   Furthermore, in the electric motor control device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-279141 (Patent Document 3), a method of determining the maximum duty, intermediate duty, and minimum duty and sequentially rearranging the shifted carrier period. Is used. Therefore, in practice, there are surprisingly many arithmetic processes in the process from the determination of the maximum duty, the intermediate duty and the minimum duty, and the allocation to the shifted carrier period. Specifically, when the duty after the determination of the maximum duty, intermediate duty, and minimum duty is directly reflected in the shifted carrier period, output timing and sudden change of the duty for each phase (extreme rearrangement) occurs. Therefore, a current hunting phenomenon occurs, and smooth motor current control cannot be performed. For this reason, in the apparatus described in Patent Document 3, it is necessary to eliminate the sudden change in the Duty setting until the Duty after the determination of the maximum Duty, the intermediate Duty, and the minimum Duty is reflected in the shifted carrier period. Since the duty is gradually changed to Duty, there is a problem that high-speed and precise calculation is repeatedly performed, and a large amount of processing power of the CPU is consumed.

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、1シャント式電流検出回路を用いたモータ制御装置及びそれを用いた電動パワーステアリング装置の従来の問題点を解決すること、つまり1相又は2相同時にPWM信号がONとなる電流検出タイミングをPWM周期の固定位置に発生させることにより、ソフトウェア制御を高周期に頻繁(例えば50μs毎)に行う必要がないようにして、コンパクト化、軽量化及びコストダウンを図ると共に、CPUの処理能力の低減化を図った上で電流検出可能となるDuty範囲を最大限としたモータ制御装置及びそれを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。   The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to solve the conventional problems of a motor control device using a single shunt type current detection circuit and an electric power steering device using the same. That is, by generating the current detection timing at which the PWM signal is turned ON simultaneously at one phase or two phases at a fixed position of the PWM cycle, it is not necessary to perform software control frequently (for example, every 50 μs). A motor control device that maximizes the duty range that enables current detection after reducing the processing capacity of the CPU while reducing the size, weight and cost, and an electric power steering device using the motor control device It is to provide.

本発明は、制御演算によりモータの電流を制御するための各相Duty指令値を算出し、前記各相Duty指令値に応じたPWM信号を形成し、前記PWM信号に基づいてインバータにより前記モータを駆動するモータ制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記インバータの電源側若しくは接地側に、A/D変換部を有する1シャント式電流検出回路が接続されており、前記各相Duty指令値に応じたPWM信号をキャリア周期の所定位置に固定すると共に、前記PWM信号を所定方向にシフトする機能を有し、前記モータの各相電流を検出してA/D変換する電流検出タイミングを前記所定位置に対応させた3点に固定することにより達成され、前記電流検出タイミングを、前記キャリア周期の最前から後方に所定時間オフセットされた位置と、前記キャリア周期の中央と、前記キャリア周期の最後から前方に所定時間オフセットされた位置とに固定することにより、或いは前記所定時間が前記インバータのデッドタイムの0〜4倍であることにより、より効果的に達成される。 The present invention calculates each phase duty command value for controlling the motor current by control calculation, forms a PWM signal according to each phase duty command value, and controls the motor by an inverter based on the PWM signal. With respect to the motor control device to be driven, the object of the present invention is to connect a one-shunt type current detection circuit having an A / D converter to the power supply side or the ground side of the inverter, and to each duty command value . The corresponding PWM signal is fixed at a predetermined position of the carrier cycle, and has a function of shifting the PWM signal in a predetermined direction. The current detection timing for detecting each phase current of the motor and performing A / D conversion is set at the predetermined timing. It is achieved by fixing the three points so as to correspond to the position, the current detection timing, and the predetermined time offset position rearward from the forefront of the carrier cycle, the key More effective by fixing to the center of the rear period and a position offset by a predetermined time forward from the end of the carrier period, or the predetermined time being 0 to 4 times the dead time of the inverter To be achieved.

また、本発明は、制御演算によりモータの電流を制御するための各相Duty指令値を算出し、前記各相Duty指令値に応じたPWM信号を形成し、前記PWM信号に基づいてインバータにより前記モータを駆動するモータ制御装置に関し、 本発明の上記目的は、前記モータの各相電流を検出するために前記インバータの電源側若しくは接地側に接続された、A/D変換部を有する1シャント式電流検出回路と、前記各相Duty指令値に応じたPWM信号をキャリア周期の所定位置に固定して前記PWM信号を出力するPWM出力位置変更部と、前記PWM信号を所定方向にシフトするDutyシフト部と、前記モータの各相電流を検出してA/D変換する電流検出タイミングを前記所定位置に対応させた3点に固定する電流検出タイミング決定部と、前記電流検出タイミングで検出された電流検出値を前記シフトされたPWM信号に応じて処理する電流検出処理部とを備え、前記電流検出処理部の出力により前記各相電流を検出することにより達成され、前記モータが3相モータであり、前記所定位置が前記キャリア周期の最前、中央及び最後であり、前記所定方向が、前記最前から後方、前記中央から前後、前記最後から前方であることにより、或いは前記電流検出タイミングを、前記キャリア周期の最前から後方に所定時間オフセットされた位置と、前記キャリア周期の中央と、前記キャリア周期の最後から前方に所定時間オフセットされた位置とに固定するようになっていることにより、或いは前記電流検出処理部が、前記各相について順次、前記電流検出タイミングと前記Duty指令値との電流検出可能パターンに基づいて電流検出処理を行うことにより、より効果的に達成される。 Further, the present invention calculates a duty command value for each phase for controlling the motor current by control calculation, forms a PWM signal according to the duty command value for each phase, and an inverter based on the PWM signal The present invention relates to a motor control device for driving a motor, and the object of the present invention is to provide a one-shunt type having an A / D converter connected to a power source side or a ground side of the inverter to detect each phase current of the motor A current detection circuit, a PWM output position changing unit for outputting the PWM signal by fixing a PWM signal corresponding to the duty command value of each phase at a predetermined position of a carrier cycle, and a duty shift for shifting the PWM signal in a predetermined direction and parts, and the current detection timing determining unit for fixing the current detection timing of a / D conversion by detecting the phase currents of the motor to three points so as to correspond to the predetermined position, the conductive The detected current value detected at the detection timing and a current detection processing unit for processing in accordance with the shifted PWM signals, is achieved by detect the phase currents on the output of the current detection unit, The motor is a three-phase motor, and the predetermined position is the forefront, center and end of the carrier cycle, and the predetermined direction is the front to back, the center back and forth, and the end to front, or The current detection timing is fixed to a position offset by a predetermined time from the front of the carrier period to the rear, a center of the carrier period, and a position offset by a predetermined time from the end of the carrier period to the front. Or the current detection processing unit sequentially supplies the current between the current detection timing and the duty command value for each phase. By performing the current detection processing on the basis of the detectable pattern is more effectively achieved.

上記各モータ制御装置を搭載することにより、上記目的の電動パワーステアリング装置を達成できる。   By mounting the motor control devices, the above-described electric power steering device can be achieved.

本発明によれば、各相Duty指令値の配置をキャリア周期に対して固定すると共に、A/D変換を固定のタイミング位置で行い、それらの細かな演算を全て排するようにしているので、CPUの処理能力の低減化が可能となり、コストダウンを図ることができる。即ち、本発明では、A/D変換のタイミング位置を前提に電流検出ポイントを各相についてキャリア周期の最前及び最後から所定オフセット時間と、キャリア周期の中央とに固定し、固定された電流検出ポイントを基準としてDuty指令値の配置を、キャリア周期の最前、中央及び最後の3箇所で行うようにしているので、電流検出対象外の相のDuty指令値が基本的に干渉する頻度を低減させることができると共に、A/D変換が有効となる領域を増大させ、CPUの演算処理能力を軽減することができる。例えば、電流制御1周期が250μs、PWMキャリア周期が50μsの場合、250μsに1度、決められた相に、決められた位相にそのままDuty指令値を出力すればよいだけで、次のPWM出力と電流検出のための準備を行う必要がない。   According to the present invention, the arrangement of the duty command values for each phase is fixed with respect to the carrier period, and the A / D conversion is performed at a fixed timing position, so that all the detailed calculations are eliminated. The processing capacity of the CPU can be reduced, and the cost can be reduced. That is, in the present invention, the current detection point is fixed at a predetermined offset time from the forefront and end of the carrier cycle and the center of the carrier cycle for each phase on the premise of the timing position of A / D conversion, and the fixed current detection point. The duty command values are arranged at the three locations at the forefront, center, and last of the carrier cycle with reference to, so that the frequency of the duty command values of the phases that are not current detection targets is basically reduced. In addition, the area in which A / D conversion is effective can be increased, and the arithmetic processing capability of the CPU can be reduced. For example, if the current control cycle is 250 μs and the PWM carrier cycle is 50 μs, it is sufficient to output the duty command value to the determined phase once in 250 μs as it is. There is no need to prepare for current detection.

また、3点固定の電流検出タイミングでA/D変換を行うようにしているので、電流検出精度を高めると共に、電流検出値の妥当性を確認できる効果がある。更に、電流に依存してノイズが発生するが、パターン化できるのでノイズ低減への対処も行い易いという利点がある。   In addition, since A / D conversion is performed at a current detection timing fixed at three points, there is an effect that the current detection accuracy can be improved and the validity of the current detection value can be confirmed. Further, although noise is generated depending on the current, since it can be patterned, there is an advantage that it is easy to cope with noise reduction.

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing an outline of an electric power steering device. コントロールユニットの一般的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the general structural example of a control unit. PWM制御部及びインバータの構成例を示す結線図である。It is a connection diagram which shows the structural example of a PWM control part and an inverter. 1シャント式電流検出回路の構成例を示す結線図である。It is a connection diagram which shows the structural example of a 1 shunt-type current detection circuit. 1シャント式電流検出回路を備えたインバータの電流検出動作例を示す電流経路図である。It is a current path figure which shows the example of a current detection operation | movement of the inverter provided with the 1 shunt-type current detection circuit. 1シャント式電流検出回路を備えたインバータの電流検出動作例を示す電流経路図である。It is a current path figure which shows the example of a current detection operation | movement of the inverter provided with the 1 shunt-type current detection circuit. 本発明の原理を説明するための特性図である。It is a characteristic view for demonstrating the principle of this invention. Duty指令値の配置と電流検出タイミングの一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of arrangement | positioning of a duty command value, and an electric current detection timing. 本発明の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of this invention. 本発明の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of this invention. 各相Duty指令値と電流検出タイミングの他の例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the other example of each phase Duty command value and current detection timing. 各相Duty指令値と電流検出タイミングの他の例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the other example of each phase Duty command value and current detection timing. 各相Duty指令値と電流検出タイミングの他の例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the other example of each phase Duty command value and current detection timing. 各相Duty指令値と電流検出タイミングの他の例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the other example of each phase Duty command value and current detection timing. 各相Duty指令値と電流検出タイミングの他の例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the other example of each phase Duty command value and current detection timing. 電流検出タイミングの時差吸収を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the time difference absorption of an electric current detection timing.

本発明は、例えば3相ブラシレスDCモータの電流を制御するための各相(U相、V相、W相)Duty指令値を演算し、演算された各相Duty指令値に応じたPWM信号を形成し、各相PWM信号をキャリア周期の所定位置(最前、中央、最後)に固定すると共に、所定方向(最前から前方、中央から前後、最後から後方)にシフトさせ、1相又は2相同時にPWM信号がONとなる電流検出タイミングをキャリア周期の固定位置に発生させることにより、電流検出を確実に行うことができ、しかもコンパクト化、軽量化及びコストダウンを図ったモータ制御装置であり、そのモータ制御装置を用いて、車両の操舵系にモータによるアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置である
本発明のモータ制御装置では、インバータと電源との間若しくはインバータと接地(GND)との間に単一の電流検出回路(1シャント式電流検出回路)が設けられ、その検出電流値をディジタル化して処理するA/D変換部が設けられている。そして、1シャント式電流検出回路による電流検出のタイミングをキャリア信号のキャリア周期に対して3箇所に固定(最前から前方に所定時間オフセット、中央、最後から後方に所定時間オフセット)すると共に、その電流検出タイミングはA/D変換部のA/D変換タイミングとインバータのデッドタイムを考慮して決定する。
The present invention calculates, for example, each phase (U phase, V phase, W phase) Duty command value for controlling the current of a three-phase brushless DC motor, and outputs a PWM signal according to the calculated each phase Duty command value. Each phase PWM signal is fixed at a predetermined position (frontmost, middle, last) of the carrier period, and shifted in a predetermined direction (frontmost, forward, middle, front-back, last-back), one phase or two phases simultaneously By generating the current detection timing at which the PWM signal is turned on at a fixed position of the carrier cycle, the current detection can be performed reliably, and the motor control device is designed to be compact, lightweight, and cost-saving. This is an electric power steering device in which an assist force by a motor is applied to a steering system of a vehicle using a motor control device .
In the motor control device of the present invention, a single current detection circuit (one shunt type current detection circuit) is provided between the inverter and the power supply or between the inverter and the ground (GND), and the detected current value is digitized. An A / D converter for processing is provided. The current detection timing by the single shunt type current detection circuit is fixed at three locations with respect to the carrier cycle of the carrier signal (predetermined time offset from the front, predetermined time offset from the center, and backward from the end), and the current The detection timing is determined in consideration of the A / D conversion timing of the A / D conversion unit and the inverter dead time.

図7は本発明の原理を示しており、図7(A)はキャリア周期TC(例えば50μs)の鋸歯状波で成るキャリア信号を示しており、図7(B)、(C)、(D)はそれぞれU相、V相、W相のDuty指令値出力を示している。そして、U相については例えば図7(B)に示すように、U相Duty指令値Duがキャリア周期TCの最前(開始位置)から前方に向けてシフトするように設定され、V相については例えば図7(C)に示すように、V相Duty指令値Dvがキャリア周期TCの中央から前方及び後方に均等にシフトするように設定され、W相については例えば図7(D)に示すように、W相Duty指令値Dwがキャリア周期TCの最後(終点位置)から後方に向けてシフトするように設定されている。U相Duty指令値Duの位相シフトは、キャリア周期TCの最前からDuty幅に合わせて広げていくことによって行い、V相Duty指令値の位相シフトは、キャリア周期TCの中央(1/2位置)からDuty幅に合わせて両側に均等に広げていくことによって行い、W相Duty指令値の位相シフトは、キャリア周期TCの最後からDuty幅に合わせて後方向に広げていくことによって行う。この設定の場合、同一キャリア周期TC内において、U相Duty指令値Duは、V相Duty指令値Dv及びW相Duty指令値Dwよりも前に出力され、V相Duty指令値Dvは、U相Duty指令値よりも後でW相Duty指令値Dwよりも前に出力され、W相Duty指令値Dwは、U相Duty指令値Du及びV相Duty指令値Dvよりも後に出力され、この関係はシステムで一度設定すると、最後までDuty指令値の位置関係は変わらない。そして、キャリア周期TCにおけるDuty指令値の総和関係は、下記数1となっている。
(数1)
Du+Dv+Dw=150%
また、CuはU相をメインとする電流の検出ポイント(A/D変換ポイント)を示しており、CvはV相をメインとする電流の検出ポイント(A/D変換ポイント)を示しており、CwはW相をメインとする電流の検出ポイント(A/D変換ポイント)を示している。そして、1相又は2相同時にPWM信号がONとなる位置に電流検出ポイントを設定すると共に、U相電流検出ポイントCuは、キャリア周期TCの最前からA/D変換タイミングまでのオフセットとなっており、W相電流検出ポイントCwは、キャリア周期TCの最後からA/D変換タイミングまでのオフセットとなっている。V相電流検出タイミングCvは、キャリア周期TCの中央に設定されている。
FIG. 7 shows the principle of the present invention, and FIG. 7 (A) shows a carrier signal composed of a sawtooth wave having a carrier period TC (for example, 50 μs), and FIGS. 7 (B), (C), (D ) Respectively indicate U-phase, V-phase, and W-phase duty command value outputs. For the U phase, for example, as shown in FIG. 7B, the U phase Duty command value Du is set to shift forward from the forefront (start position) of the carrier cycle TC, and for the V phase, for example, As shown in FIG. 7C, the V-phase duty command value Dv is set so as to shift evenly forward and backward from the center of the carrier cycle TC. For the W phase, for example, as shown in FIG. The W-phase duty command value Dw is set so as to shift backward from the end (end point position) of the carrier cycle TC. The phase shift of the U-phase Duty command value Du is performed by expanding it in accordance with the Duty width from the forefront of the carrier cycle TC, and the phase shift of the V-phase Duty command value is performed at the center (1/2 position) of the carrier cycle TC. From the end of the carrier cycle TC, the phase shift of the W-phase Duty command value is performed backward in accordance with the Duty width. In this setting, within the same carrier cycle TC, the U-phase Duty command value Du is output before the V-phase Duty command value Dv and the W-phase Duty command value Dw, and the V-phase Duty command value Dv is The W-phase duty command value Dw is output after the duty command value and before the W-phase duty command value Dw. The W-phase duty command value Dw is output after the U-phase duty command value Du and the V-phase duty command value Dv. Once set by the system, the positional relationship of the duty command value does not change until the end. The sum relation of the duty command values in the carrier cycle TC is expressed by the following formula 1.
(Equation 1)
Du + Dv + Dw = 150%
Further, Cu indicates a current detection point (A / D conversion point) mainly using the U phase, and Cv indicates a current detection point (A / D conversion point) mainly using the V phase. Cw indicates a current detection point (A / D conversion point) mainly for the W phase. A current detection point is set at a position where the PWM signal is turned ON simultaneously for one phase or two phases, and the U-phase current detection point Cu is an offset from the forefront of the carrier cycle TC to the A / D conversion timing. The W-phase current detection point Cw is an offset from the end of the carrier cycle TC to the A / D conversion timing. The V-phase current detection timing Cv is set at the center of the carrier cycle TC.

なお、キャリア周期の最前、中央及び最後の割り当ては、U〜W相について任意であり、例えばV相をキャリア周期の最前としても良い。   Note that the forefront, center, and last assignment of the carrier period are arbitrary for the U to W phases, and for example, the V phase may be the forefront of the carrier period.

また、図7(B)に示すようにU相のモータ電流Iuを検出するため、キャリア周期TCの最前よりオフセット時間Tuだけ後方にシフトした固定の電流検出タイミングCuで電流検出及びA/D変換を行うが、オフセット時間Tuは、電流の立ち遅れやA/D変換時間を考慮して、PWM信号のデッドタイム(通常約2μs)の0倍〜4倍(約0〜8μs)で固定する。図7(C)に示すようにV相のモータ電流Ivを検出するため、キャリア周期TCの中央に固定した電流検出タイミングCvで電流検出及びA/D変換を行う。図7(D)に示すようにW相のモータ電流Iwを検出するため、キャリア周期TCの最後よりオフセット時間Twだけ前方にシフトした固定の電流検出タイミングCwで電流検出及びA/D変換を行うが、オフセット時間Twは、電流の立ち遅れやA/D変換時間を考慮して、PWM信号のデッドタイム(通常約2μs)の0倍〜4倍(約0〜8μs)で固定する。   Further, as shown in FIG. 7B, in order to detect the U-phase motor current Iu, current detection and A / D conversion are performed at a fixed current detection timing Cu shifted backward by the offset time Tu from the forefront of the carrier cycle TC. However, the offset time Tu is fixed to 0 to 4 times (about 0 to 8 μs) of the dead time of the PWM signal (usually about 2 μs) in consideration of the delay of current and the A / D conversion time. As shown in FIG. 7C, in order to detect the V-phase motor current Iv, current detection and A / D conversion are performed at a current detection timing Cv fixed at the center of the carrier cycle TC. As shown in FIG. 7D, in order to detect the W-phase motor current Iw, current detection and A / D conversion are performed at a fixed current detection timing Cw shifted forward by the offset time Tw from the end of the carrier cycle TC. However, the offset time Tw is fixed to 0 to 4 times (about 0 to 8 μs) of the dead time of the PWM signal (usually about 2 μs) in consideration of the delay of current and the A / D conversion time.

図8は各相Duty指令値が均等の幅で、各相電流検出位置Cu,Cv,CwでDuty指令値が重なっていない場合におけるモータ電流検出のタイミング例を示している。即ち、U相モータ電流Iuは、キャリア周期TCの最前からオフセット時間Tuだけ前方に位相シフトした電流検出タイミングCuでA/D変換して電流検出し、V相電流Ivは、キャリア周期TCの中央の電流検出タイミングCvでA/D変換して電流検出し、W相電流Iwは、キャリア周期TCの最後からオフセット時間Twだけ後方に位相シフトした電流検出タイミングCwでA/D変換して電流検出する。なお、例えばU相及びW相の2相のモータ電流を検出し、V相電流Ivは、Iv=−(Iu+Iw)で求めるようにしても良い。   FIG. 8 shows an example of the timing of motor current detection when the duty command values for each phase are of equal width and the duty command values do not overlap at the phase current detection positions Cu, Cv, Cw. That is, the U-phase motor current Iu is A / D converted at the current detection timing Cu phase-shifted forward by the offset time Tu from the forefront of the carrier cycle TC, and the V-phase current Iv is detected at the center of the carrier cycle TC. A / D conversion is performed at the current detection timing Cv, and the current is detected. The W-phase current Iw is A / D converted at the current detection timing Cw that is phase-shifted backward by the offset time Tw from the end of the carrier cycle TC. To do. Note that, for example, a U-phase and W-phase two-phase motor current may be detected, and the V-phase current Iv may be obtained by Iv = − (Iu + Iw).

次に、本発明の具体的な実施形態を図面を参照して説明する。   Next, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図9は本発明に係るモータ制御装置の全体構成例を示すブロック図であり、モータ制御装置全体の制御や演算処理を行うCPU110を具備している。CPU110には、電圧制御値Eを入力して各相Duty指令値を演算するDuty演算部105Aと、キャリア信号(キャリア周期TC)を入力するキャリア信号入力部114と、PWM信号の各相Duty指令値をキャリア周期TCの所定位置に固定するPWM出力位置変更部111と、固定された各相Duty指令値を所定方向にシフトするDutyシフト部112と、電流検出ポイントCu及び各相Duty指令値の関係に基づいて電流検出処理#1を行う電流検出処理部113−1と、電流検出ポイントCv及び各相Duty指令値の関係に基づいて電流検出処理#2を行う電流検出処理部113−2と、電流検出ポイントCw及び各相Duty指令値の関係に基づいて電流検出処理#3を行う電流検出処理部113−3と、上記電流検出処理#1〜#3でいずれかの相の電流が検出できなかった場合の電流検出処理#4を行う電流検出処理部113−4とが接続されている。   FIG. 9 is a block diagram showing an example of the overall configuration of the motor control apparatus according to the present invention, and includes a CPU 110 that controls the entire motor control apparatus and performs arithmetic processing. The CPU 110 receives a voltage control value E and calculates a duty command value for each phase, a carrier signal input unit 114 for inputting a carrier signal (carrier cycle TC), and a PWM signal for each phase duty command. PWM output position changing unit 111 for fixing the value at a predetermined position of carrier cycle TC, Duty shift unit 112 for shifting each fixed phase duty command value in a predetermined direction, current detection point Cu and each phase duty command value A current detection processing unit 113-1 that performs current detection processing # 1 based on the relationship; a current detection processing unit 113-2 that performs current detection processing # 2 based on the relationship between the current detection point Cv and each phase duty command value; , Current detection processing unit 113-3 that performs current detection processing # 3 based on the relationship between current detection point Cw and each phase duty command value, and current of any phase in current detection processing # 1 to # 3 A current detection section 113-4 that performs current detection processing # 4 in the case where not detected is connected.

CPU110には更に、電流検出必要Duty量(τ%)をパラメータとして設定する電流検出必要Duty量設定部115と、演算された各相Duty指令値に基づき、各相PWM信号を出力してゲート駆動部105Bに与えるPWM信号出力部116と、1シャント式電流検出回路120で検出され、A/D変換されたディジタル値のモータ電流Im(Iu,Iv,Iw)を入力する電流入力部117と、キャリア周期の最前からの所定時間オフセット、中央及びキャリア周期の最後からの所定時間オフセットで電流検出タイミング(Cu,Cv,Cw)を決定する電流検出タイミング決定部118とが接続されている。   The CPU 110 further outputs a current detection required duty amount setting unit 115 that sets the current detection required duty amount (τ%) as a parameter, and outputs each phase PWM signal based on the calculated each phase duty command value to drive the gate. A PWM signal output unit 116 applied to the unit 105B, a current input unit 117 for inputting a digital value motor current Im (Iu, Iv, Iw) detected by the one-shunt current detection circuit 120 and A / D converted; A current detection timing determination unit 118 that determines a current detection timing (Cu, Cv, Cw) with a predetermined time offset from the forefront of the carrier period and a predetermined time offset from the center and the end of the carrier period is connected.

図10は本発明の動作例を示しており、電流検出必要Duty量設定部115で電流検出に必要なDuty量を設定し(ステップS1)、設定された必要Duty量を考慮して、Duty演算部105Aは電圧制御値Eに基づいてU相Duty指令値、V相Duty指令値及びW相Duty指令値を演算し(ステップS2)、各相PWM信号を生成する(ステップS3)。そして、電流検出タイミング決定部118は、上述のオフセットに基づいてオフセット時間Tu及びTwを決定して電流検出ポイントCu及びCwを設定し、V相についてはキャリア周期TCの中央を電流検出タイミングCvとして設定する(ステップS4)。これにより、各相の電流検出ポイントが固定される。   FIG. 10 shows an example of the operation of the present invention. A duty amount required for current detection is set by the current detection required duty amount setting unit 115 (step S1), and the duty calculation is performed in consideration of the set required duty amount. The unit 105A calculates a U-phase duty command value, a V-phase duty command value, and a W-phase duty command value based on the voltage control value E (step S2), and generates each phase PWM signal (step S3). Then, the current detection timing determination unit 118 determines the offset times Tu and Tw based on the above-described offset and sets the current detection points Cu and Cw. For the V phase, the center of the carrier cycle TC is set as the current detection timing Cv. Set (step S4). Thereby, the current detection point of each phase is fixed.

次に、電流検出ポイントCu及び各相Duty指令値の関係、つまりA/D変換ポイントCu上に各相Duty指令値Du,Dv,Dwが存在しているか否かを判定し、表1に基づいて、電流検出処理部113−1は電流検出処理#1を行う(ステップS10)。
Next, the relationship between the current detection point Cu and each phase duty command value, that is, whether or not each phase duty command value Du, Dv, Dw exists on the A / D conversion point Cu is determined. Then, the current detection processing unit 113-1 performs current detection processing # 1 (step S10).

Figure 0005929521
表1の電流検出処理#1では、(Du−Tu)>0のとき、電流検出ポイントCu上にU相Duty指令値Duが存在すると判定し、(Dv−(TC−2Tu))>0のとき、電流検出ポイントCu上にV相Duty指令値Dvが存在すると判定し、(Dw−(TC−Tu))>0のとき、電流検出ポイントCu上にW相Duty指令値Dwが存在すると判定する。
Figure 0005929521
In the current detection process # 1 in Table 1, when (Du−Tu)> 0, it is determined that the U-phase Duty command value Du exists on the current detection point Cu, and (Dv− (TC−2Tu))> 0. When it is determined that the V-phase duty command value Dv exists on the current detection point Cu, and when (Dw− (TC−Tu))> 0, it is determined that the W-phase duty command value Dw exists on the current detection point Cu. To do.

次に、電流検出ポイントCv及び各相Duty指令値の関係、つまりA/D変換ポイントCv上に各相Duty指令値Du,Dv,Dwが存在しているか否かを判定し、表2に基づいて、電流検出処理部113−2は電流検出処理#2を行う(ステップS20)。
Next, the relationship between the current detection point Cv and each phase duty command value, that is, whether or not each phase duty command value Du, Dv, Dw exists on the A / D conversion point Cv is determined. Then, the current detection processing unit 113-2 performs current detection processing # 2 (step S20).

Figure 0005929521
表2の電流検出処理#2では、(Du−TC/2)>0のとき、電流検出ポイントCv上にU相Duty指令値Duが存在すると判定し、Dv>0のとき、電流検出ポイントCv上にV相Duty指令値Dvが存在すると判定し、(Dw−TC/2)>0のとき、電流検出ポイントCv上にW相Duty指令値Dwが存在すると判定する。
Figure 0005929521
In the current detection process # 2 in Table 2, when (Du−TC / 2)> 0, it is determined that the U-phase duty command value Du exists on the current detection point Cv. When Dv> 0, the current detection point Cv is determined. It is determined that the V-phase duty command value Dv exists above, and when (Dw−TC / 2)> 0, it is determined that the W-phase duty command value Dw exists on the current detection point Cv.

次に、電流検出ポイントCw及び各相Duty指令値の関係、つまりA/D変換ポイントCw上に各相Duty指令値Du,Dv,Dwが存在しているか否かを判定し、表3に基づいて、電流検出処理部113−3は電流検出処理#3を行う(ステップS30)。
Next, the relationship between the current detection point Cw and each phase Duty command value, that is, whether or not each phase Duty command value Du, Dv, Dw exists on the A / D conversion point Cw is determined. Then, the current detection processing unit 113-3 performs a current detection process # 3 (step S30).

Figure 0005929521
表3の電流検出処理#3では、(Du−(TC−Tw))>0のとき、電流検出ポイントCw上にU相Duty指令値Duが存在すると判定し、(Dv−(TC−2Tw))>0のとき、電流検出ポイントCw上にV相Duty指令値Dvが存在すると判定し、(Dw−Tw)>0のとき、電流検出ポイントCw上にW相Duty指令値Dwが存在すると判定する。
Figure 0005929521
In the current detection process # 3 in Table 3, when (Du− (TC−Tw))> 0, it is determined that the U-phase Duty command value Du exists on the current detection point Cw, and (Dv− (TC−2Tw) )> 0, it is determined that the V-phase duty command value Dv exists on the current detection point Cw, and when (Dw−Tw)> 0, it is determined that the W-phase duty command value Dw exists on the current detection point Cw. To do.

上記電流検出処理#1〜#3の後、全ての相の電流Iu,Iv,Iwが検出できているか否かを判定し(ステップS40)、いずれかの相の電流が検出できていない場合には、電流検出処理部113−4は下記表4に従って、未検出の相の電流を求める。
After the current detection processes # 1 to # 3, it is determined whether or not the currents Iu, Iv, and Iw of all phases have been detected (step S40), and the current of any phase has not been detected. The current detection processing unit 113-4 obtains an undetected phase current according to the following Table 4.

Figure 0005929521
図11は電流検出の他のサンプリング例を示しており、U相Duty指令値が拡大し、電流検出ポイントCvでU相及びV相のDuty指令値が重なった場合である。この場合には、U相電流Iuは電流検出タイミングCuで電流検出及びA/D変換して求め、V相電流Ivは“電流検出タイミングCvの電流値Iv−電流検出タイミングCuの電流値Iu”又はIv=−(Iu+Iw)で求め、W相電流Iwは電流検出タイミングCwで電流検出及びA/D変換して求める。
Figure 0005929521
FIG. 11 shows another sampling example of current detection, in which the U-phase duty command value expands and the U-phase and V-phase duty command values overlap at the current detection point Cv. In this case, the U-phase current Iu is obtained by current detection and A / D conversion at the current detection timing Cu, and the V-phase current Iv is “current value Iv at the current detection timing Cv−current value Iu at the current detection timing Cu”. Alternatively, Iv = − (Iu + Iw) is obtained, and the W-phase current Iw is obtained by current detection and A / D conversion at the current detection timing Cw.

図12は電流検出の他のサンプリング例を示しており、U相Duty指令値が更に拡大し、検出位置v及びwでDuty指令値が重なった場合である。この場合には、U相電流は電流検出タイミングCuで電流検出及びA/D変換され、V相電流は“電流検出タイミングCvの電流値Iv−電流検出タイミングCuの電流値Iu”又はIv=−(Iu+Iw)で求め、W相電流は“電流検出タイミングCwの電流値Iw−電流検出タイミングCuの電流値Iu”で電流検出及びA/D変換して求める。 Figure 12 shows another sampling example of the current detection is when the U-phase Duty command value is further expanded, Duty command value at the detection position C v and C w are overlapped. In this case, the U-phase current is detected and A / D converted at the current detection timing Cu, and the V-phase current is “current value Iv at current detection timing Cv−current value Iu at current detection timing Cu” or Iv = −. The I-phase current is obtained by (Iu + Iw), and the W-phase current is obtained by current detection and A / D conversion at “current value Iw at current detection timing Cw−current value Iu at current detection timing Cu”.

図13は電流検出の更に他のサンプリング例を示しており、V相Duty指令値が拡大し、電流検出ポイントCwで相及びW相のDuty指令値が重なった場合である。この場合には、U相電流Iuは“電流検出タイミングCuの電流値Iu−電流検出タイミングCvの電流値Iv”で電流検出及びA/D変換して求め、V相電流Ivは電流検出タイミングCvで求め、W相電流Iwは“電流検出タイミングCwの電流値Iw−電流検出タイミングCの電流値I”で電流検出及びA/D変換して求める。 FIG. 13 shows still another sampling example of current detection, in which the V-phase duty command value expands and the V- phase and W-phase duty command values overlap at the current detection point Cw. In this case, the U-phase current Iu is obtained by current detection and A / D conversion at “current value Iu of current detection timing Cu−current value Iv of current detection timing Cv”, and the V-phase current Iv is determined by the current detection timing Cv. in seeking, W-phase current Iw determined by the current detection and a / D conversion in the "current value of the current detection timing Cw Iw- current detection timing C v of the current value I v".

図14は電流検出の更に他のサンプリング例を示しており、U相、V相及びW相のDuty指令値がいずれも拡大し、電流検出ポイントCu、Cv及びCwでDuty指令値が重なった場合である。この場合には、U相電流IuはIu=−(Iv+Iw)で求め、V相電流IvはIv=−(Iu+Iw)で求め、W相電流IwはIw=−(Iu+Iv)で求める。   FIG. 14 shows still another sampling example of current detection, when the duty command values of the U phase, V phase, and W phase are all expanded, and the duty command values overlap at the current detection points Cu, Cv, and Cw. It is. In this case, the U-phase current Iu is obtained by Iu = − (Iv + Iw), the V-phase current Iv is obtained by Iv = − (Iu + Iw), and the W-phase current Iw is obtained by Iw = − (Iu + Iv).

図15は電流検出の更に他のサンプリング例を示しており、U相Duty指令値が縮小し、電流検出ポイントCuでDuty指令値が満たない場合である。この場合には、U相電流IuはIu=−(Iv+Iw)で求め、V相電流Ivは“電流検出タイミングCvの電流値Iv−電流検出タイミングCwの電流値Iw”で電流検出及びA/D変換して求め、W相電流Iwは電流検出タイミングCwで電流検出及びA/D変換して求める。 FIG. 15 shows still another sampling example of current detection, in which the U-phase duty command value is reduced and the duty command value is not satisfied at the current detection point Cu. In this case, the U-phase current Iu is obtained by Iu = − (Iv + Iw), and the V-phase current Iv is “current value Iv at current detection timing Cv−current value Iw at current detection timing Cw”. The W-phase current Iw is obtained by current detection and A / D conversion at the current detection timing Cw .

図16は電流検出タイミングの時差吸収を説明するための図である。上述では分かり易くするため、同一キャリア周期の中(図1の区間DA)で説明したが、各相についての電流検出の時差は少ないほど望ましい。従って、隣接するキャリア周期のDuty出力及びそのA/D変換値を利用(図16の区間DB)して電流検出の時差を縮小することが可能である。電流検出の精度を上げるためにはA/D変換の同期をとるのが良く、図16では電流検出ポイントCuと電流検出ポイントCwは離れているように見えるが、特に破線の領域で考えると、電流検出ポイントCuと電流検出ポイントCwは区間DBの範囲に抑えることができる。ただし、厳密にこの電流検出を行うためには、隣接する少なくとも1つのキャリア周期も同一のPWM−Duty指令値の出力を行うことが前提となる。
FIG. 16 is a diagram for explaining time difference absorption of current detection timing. In the above description, for the sake of simplicity, the description has been made in the same carrier period (section DA in FIG. 16 ). However, it is desirable that the time difference in current detection for each phase is as small as possible. Therefore, it is possible to reduce the time difference of current detection by using the Duty output of the adjacent carrier period and its A / D conversion value (section DB in FIG. 16). In order to increase the accuracy of current detection, it is better to synchronize A / D conversion. In FIG. 16, the current detection point Cu and the current detection point Cw appear to be separated from each other. The current detection point Cu and the current detection point Cw can be suppressed within the range of the section DB. However, in order to perform this current detection strictly, it is premised that the same PWM-Duty command value is also output in at least one adjacent carrier cycle.

なお、上述では3相ブラシレスモータについて説明したが、他の相のモータについても同様な制御が可能である。   In the above description, the three-phase brushless motor has been described, but the same control is possible for the motors of other phases.

1 操向ハンドル
10 トルクセンサ
12 車速センサ
13 バッテリ
20 モータ
21 レゾルバ
22 角速度演算部
100 コントロールユニット
101 操舵補助指令値演算部
102 最大出力制限部
104 電流制御部
105 PWM制御部
105A Duty演算部
105B ゲート駆動部
106 インバータ
110 CPU
111 PWM出力位置変更部
112 Dutyシフト部
113−1 電流検出処理部#1
113−2 電流検出処理部#2
113−3 電流検出処理部#3
113−4 電流検出処理部#4
114 キャリア信号入力部
115 電流検出必要Duty量設定部
116 PWM信号出力部
117 電流入力部
118 電流検出タイミング決定部
120 1シャント式電流検出回路
1 Steering Handle 10 Torque Sensor 12 Vehicle Speed Sensor 13 Battery 20 Motor 21 Resolver 22 Angular Speed Calculation Unit 100 Control Unit 101 Steering Auxiliary Command Value Calculation Unit 102 Maximum Output Limiting Unit 104 Current Control Unit 105 PWM Control Unit 105A Duty Calculation Unit 105B Gate Drive Unit 106 Inverter 110 CPU
111 PWM output position changing unit 112 Duty shift unit 113-1 Current detection processing unit # 1
113-2 Current detection processing unit # 2
113-3 Current detection processing unit # 3
113-4 Current detection processing unit # 4
114 Carrier signal input unit 115 Current detection required duty amount setting unit 116 PWM signal output unit 117 Current input unit 118 Current detection timing determination unit 120 One shunt type current detection circuit

Claims (8)

制御演算によりモータの電流を制御するための各相Duty指令値を算出し、前記各相Duty指令値に応じたPWM信号を形成し、前記PWM信号に基づいてインバータにより前記モータを駆動するモータ制御装置において、前記インバータの電源側若しくは接地側に、A/D変換部を有する1シャント式電流検出回路が接続されており、
前記各相Duty指令値に応じたPWM信号をキャリア周期の所定位置に固定すると共に、前記PWM信号を所定方向にシフトする機能を有し、
前記モータの各相電流を検出してA/D変換する電流検出タイミングを前記所定位置に対応させた3点に固定したことを特徴とするモータ制御装置。
Motor control for calculating each phase duty command value for controlling the motor current by control calculation, forming a PWM signal corresponding to each phase duty command value, and driving the motor by an inverter based on the PWM signal In the apparatus, a one-shunt current detection circuit having an A / D conversion unit is connected to a power supply side or a ground side of the inverter,
The PWM signal corresponding to each phase Duty command value is fixed at a predetermined position of a carrier cycle, and the PWM signal is shifted in a predetermined direction.
A motor control device characterized in that a current detection timing for detecting A / D conversion by detecting each phase current of the motor is fixed at three points corresponding to the predetermined position.
前記電流検出タイミングを、前記キャリア周期の最前から後方に所定時間オフセットされた位置と、前記キャリア周期の中央と、前記キャリア周期の最後から前方に所定時間オフセットされた位置とに固定するようになっている請求項1に記載のモータ制御装置。 The current detection timing is fixed to a position offset by a predetermined time from the front of the carrier period to the rear, a center of the carrier period, and a position offset by a predetermined time from the end of the carrier period to the front. The motor control device according to claim 1. 前記所定時間が前記インバータのデッドタイムの0〜4倍である請求項2に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 2, wherein the predetermined time is 0 to 4 times the dead time of the inverter. 制御演算によりモータの電流を制御するための各相Duty指令値を算出し、前記各相Duty指令値に応じたPWM信号を形成し、前記PWM信号に基づいてインバータにより前記モータを駆動するモータ制御装置において、前記モータの各相電流を検出するために前記インバータの電源側若しくは接地側に接続された、A/D変換部を有する1シャント式電流検出回路と、前記各相Duty指令値に応じたPWM信号をキャリア周期の所定位置に固定して前記PWM信号を出力するPWM出力位置変更部と、前記PWM信号を所定方向にシフトするDutyシフト部と、前記モータの各相電流を検出してA/D変換する電流検出タイミングを前記所定位置に対応させた3点に固定する電流検出タイミング決定部と、前記電流検出タイミングで検出された電流検出値を前記シフトされたPWM信号に応じて処理する電流検出処理部とを備え、
前記電流検出処理部の出力により前記各相電流を検出することを特徴とするモータ制御装置。
Motor control for calculating each phase duty command value for controlling the motor current by control calculation, forming a PWM signal corresponding to each phase duty command value, and driving the motor by an inverter based on the PWM signal In the apparatus, a one-shunt current detection circuit having an A / D converter connected to the power source side or the ground side of the inverter to detect each phase current of the motor, and according to the duty command value of each phase A PWM output position changing unit that outputs the PWM signal by fixing the PWM signal at a predetermined position of a carrier cycle, a duty shift unit that shifts the PWM signal in a predetermined direction, and detects each phase current of the motor A current detection timing determination unit for fixing current detection timing for A / D conversion at three points corresponding to the predetermined position; and current detection detected at the current detection timing A current detection processing unit for processing a value according to the shifted PWM signal ,
Motor control device characterized in that it detect the phase currents on the output of the current detection unit.
前記モータが3相モータであり、前記所定位置が前記キャリア周期の最前、中央及び最後であり、前記所定方向が、前記最前から後方、前記中央から前後、前記最後から前方である請求項4に記載のモータ制御装置。 5. The motor according to claim 4, wherein the motor is a three-phase motor, and the predetermined position is the forefront, center, and end of the carrier cycle, and the predetermined direction is the back from the front, the front / rear from the center, and the front from the end. The motor control apparatus described. 前記電流検出タイミングを、前記キャリア周期の最前から後方に所定時間オフセットされた位置と、前記キャリア周期の中央と、前記キャリア周期の最後から前方に所定時間オフセットされた位置とに固定するようになっている請求項5に記載のモータ制御装置。 The current detection timing is fixed to a position offset by a predetermined time from the front of the carrier period to the rear, a center of the carrier period, and a position offset by a predetermined time from the end of the carrier period to the front. The motor control device according to claim 5. 前記電流検出処理部が、前記各相について順次、前記電流検出タイミングと前記Duty指令値との電流検出可能パターンに基づいて電流検出処理を行う請求項5又は6に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 5 or 6, wherein the current detection processing unit performs current detection processing on the basis of a current detectable pattern of the current detection timing and the duty command value sequentially for each phase. 請求項1乃至7のいずれかに記載のモータ制御装置を搭載したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 An electric power steering apparatus comprising the motor control device according to any one of claims 1 to 7.
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